Что происходит с данными в векторном файле при сжатиях растяжениях поворотах и прочих
Векторная графика – способ представления компьютерной графики, основанный на описании математическими формулами геометрических объектов и их свойств.
Основное достоинство – масштабируемость без потерь качества. Недостаток – возрастающая нагрузка на компьютер при использовании большого количества деталей и элементов.
Перевод векторного изображения в растровое обычно прост, однако обратный процесс сложен и чреват потерей или искажением информации и часто требует ручной доработки.
Также основное достоинство векторной графики – удобное преобразование векторов в пути инструмента (лазера или фрезы). Таким образом с помощью векторов легко задать пути движения для ЧПУ станка.
Растровая графика
Растровая графика – способ представления графической информации в виде матрицы пикселей, где каждый пиксель имеет свой цвет.
Основные характеристики растровой графики — это разрешение (dpi) и размер в мм.
Растровая графика — это несколько примитивный, но и одновременно эффективный способ хранения и передачи графики.
Во-первых , при увеличении масштаба теряется качество.
Во-вторых имеет большой размер файла даже на простых изображениях. Также растровый формат графики не может быть использован в качестве путей для инструмента станка.
Растровый формат идеален для хранения и обработки фотографий и сложных изображений.
Основной момент, который стоит осознавать при работе с векторными форматами на лазерных станках, это то, что лазеру нет необходимости в цветовой информации изображения, так как цвет отпечатка лазерного луча на материале может только иметь оттенки одного и того же цвета.
Либо вовсе один оттенок. Если речь идёт о гравировке на фанере или древесине, то в зависимости от мощности и длительности лазерного излучения может быть получен разный оттенок изображения на материале.
Однако при обработке двуслойных материалов (двуслойные пластики, анодированный алюминий) вне зависимости от мощности будет либо снят верхний слой, либо не снят.
Так, лазерные станки могут обрабатывать растровые изображения двумя способами:
1. двуцветным (dither), где оттенок области определяется концентрацией точек на площади. Модулировать мощность согласно индексу пикселя, где белый цвет равен 0, а крайний черный – 255.
Тогда задаётся соответствие белого цвета минимальной мощности, а черного – максимальной.
2. Второй способ возможен при управлении контроллером мощностью БВН не аналоговым сигналом, а ШИМ (цифровой).
2. Векторные форматы и их особенности
CDR – внутренний формат программы CorelDraw, который может содержать как векторные, так и растровые объекты. Является проприетарным форматом и не поддерживается сторонними программами.
Может быть сконвертирован в другой векторный формат с помощью сторонних утилит или самой CorelDraw.
AI, EPS – форматы компании Adobe, разработанные изначально для использования программой Adobe Illustrator. Формат очень удобный для использования в CAM программах, так как поддерживает все необходимые условия, готов к импорту в большинстве CAD и CAM программ.
При экспорте в формат Ai мы рекомендуем выставлять совместимость с Adobe Illustrator 8 так как более поздние версии могут содержать лишнюю информацию, которая может помешать работе.
Стоит отметить что до 8 версии формат ai является аналогом формата eps, однако почему-то есть ряд программ, которые не поддерживают eps, при этом имея поддержку формата ai.
А, например, программа Vectric Aspire чаще успешно открывает макеты в формате eps, чем в формате ai.
Тем не менее опыт работы с различными CAM программами показывает, что эти форматы являются самыми оптимальными для использования.
DXF - открытый формат файлов для обмена графической информацией между приложениями САПР.
Создан фирмой Autodesk для системы AutoCAD, позже основным форматом для AutoCAD стал DWG, но в области работы ЧПУ станков DXF остался стандартом для трансфера чертежей между программами.
Однако этот формат обладает большим количеством недостатков. Первый и самый главный – DXF не поддерживает круговую интерполяцию и чаще всего скругления и дуги в этом формате представлены в виде набора прямых отрезков.
Это, в свою очередь, может вносить значительные проблемы в работу станка по DXF чертежу. Каждая точка на чертеже — это замедление и ускорение станка.
Современные контроллеры ЧПУ, поддерживающие круговую интерполяцию обрабатывают дуги плавно и с отдельными параметрами ускорения и замедления, но если скругление выполнено в виде множества отрезков, то обрабатываться такие дуги будут либо значительно медленнее, либо будут провоцировать вибрации и дрожания инструмента станка.
Ниже представлено прямое сравнение двух одинаковых деталей, экспортированных в разных форматах, формат ai поддерживает криволинейные вектора, формат dxf разбивает дуги на прямые короткие отрезки.
Также, порой, при использовании формата dxf могут возникать случаи, когда вершины (точки) векторов не объединены, что в свою очередь может повлечь за собой крайне некорректную работу CAM-программы и будет требовать доработку макета.
Стоит отметить что при использовании формата dxf надо обращать большое внимание единицам измерения при экспорте и импорте, если в экспортирующей программе по ошибке будут выставлены дюймы, а при импорте миллиметры, то масштаб детали будет пропорционально нарушен.
SVG – открытый формат векторной графики, в первую очередь разработанный для использования на веб-страницах, однако поддерживается некоторыми CAM системами и легко конвертируется, однако он может содержать в себе анимацию и некоторые лишние данные, так что его использование может быть ограничено.
3. Растровые форматы и их особенности
BMP – один из старейших и фундаментальных форматов растровой графики, который содержит изображение без сжатия.
Файл содержит битовую информацию о каждом пикселе изображения.
В работе на лазерном станке данный формат отлично подходит для гравировки фотографий и других растровых изображений, однако следует использовать двуцветный черно-белый формат или градации серого (полутоновое изображение).
PNG – формат хранения растрового изображения с сжатием без потерь, который был создан как замена формату GIF. Популярен в сетевом применении, может быть использован в работе с ЧПУ станками по тем же принципам что и BMP.
JPG/JPEG – самый распространённый формат хранения и обмена графической информации в сжатом виде. Может быть использован при работе на лазерном ЧПУ станке.
Однако следует учитывать, что при большой степени сжатия изображения могут появляться артефакты на изображении, которые будут видны при переводе в битовое или полутоновое изображение.
GIF – формат растровой графики, очень популярный в сети, так как поддерживает анимацию и алгоритмы хранения информации, при использовании которых размер файла получается относительно небольшим.
Может быть использован при работе на станках, однако не обладает никакими характеристиками, которые могли бы его выделить среди других форматов.
2) быстрой распаковки и подготовки к работе информации при ее вызове.
2) не допущения многозначности, т.е. неопределенности, и ошибки.
3) быстрой свертки (или рассыпания, разрушения) данных после использования
Примеры .
1. Общий пример. Книга 1000 стр. Каждая буква повторяется тысячи раз.
Растр книги - те же 1000стр те же повторения.
Вектор книги. Разделяется на три группы. (1) Буквы (и прочие графические знаки: синтаксис, символы, стандартные наборы букв,) 70 шт. + словарь. Они хранятся в БД ЭВМ, (2) программ-мы восстановления и визуализации текста хранятся в ЭВМ, (3) собственно книга: файл, в котором записаны ссылки на типы шрифтов и др. характеристики и далее список последователь-ности номеров этих «букв». К этому еще может придаваться грамматика.
Примеры записи координат объекта.
1. Положение объекта (точки) м.б. записано глобальными координатами некоторой начальной точки и пользовательскими координатами всех точек объекта
2. Положение точки м.б. записано абсолютными координатами начальной точки линии и приращениями координат всех последующих относительно предыдущих, т.е. приращениями для объекта в целом dX и dY, затем приращениями относительно первых приращений ddX и ddY и т.д.
3. Вместо приращения может применяться указатель направления на смежную точку контура: задается румб, по которому идет переход: по средней линии и по диагонали квадрата с единичной стороной (подобно пикселу) или же румбу единичного радиуса.
Картина полилиния запишется тогда как координаты начальной точки и перечень румбов, под которыми идет стандартной длины вектор-информат.
4. Указание номеров пикселов в точках поворота контура, т.е. номер столбца и номер строки (пиксельные координаты).
5. Последовательное деление площади на доли (например, разграфка топографических карт)
Дале для уменьшения объема записи применяют различные способы сворачивания этой информации аналогично рассмотренному для растра. Отличие в том, что сворачивают не все координатное поле, а только записанные координаты точек контура.
6. Применяется перевод в растр для применения растровых (площадных) методов сжатия
Удобства векторного представления
1. Векторное представление создает содержательный документ. Этот документ активен: он может представлять любую информацию из своего содержания в любой форме с любой подробностью по запросу пользователя и вставлять ее в новый документ, создаваемый пользователем.
Он обеспечивает любую манипуляцию данными.
2. Удобно редактировать тематику, ее геометрическое положение без нарушения топологии, а также топологию, привязывать семантику к объектам. Манипулировать точками, отрезками линий, объектами, сверхобъектами и слоями в целом. Например, убрав или вставив объект, не нарушим целостности документа ( убрали лес, примыкающий к дороге: дорога, горизонтали, насыпи, бровки, обрывы остались ).
3. Обеспечивает обновление, транзакцию документа .
4. Обеспечивает уникальность информации, т.е. никаких повторений - все данные в единственном экземпляре. Ничего лишнего. Причем огромное количество данных для ее визуализации и обработки (ресурсы) хранится вне документа в самой базе данных (иконки условных знаков, шрифты, шаблон оформления, формулы развертки, программы и т.п.)
5. Всегда известны координаты и содержание в каждой точке документа, не надо никаких измерений. (Это не измерительный, а уже измеренный числовой документ). По данным можно вычислять и отображать нужные пользователю величины: площади, объемы, сечения
Сложности работы с векторами
1. Для работы с векторным файлом нужны специальные программы и время на создание/ разрушение документа по элементарным данным.
2. Графическое отображение вектора не показывает, как истинно выглядит объект в натуре (единственный в своем роде), но можно сделать его мультипликацию (дом, дерево, дорога).
3. Чисто векторное графическое изображение не содержит текстов, впрочем, как и растровое, если на последнем не сфотографирован текст. Это так называемая ЛАПША.
Чтобы это изображение использовать, его необходимо дополнить объектами - окнами, в которых помещаются растровые или векторные изображения букв, условных знаков, закраски, штриховки. Эти объекты (знаки, буквы) привязываются к определенным точкам вектора контура лапши. Сверх того, изображение должно быть снабжено графическим и текстовым оформлением и поясняющими текстами (символы, справки, документы). Все это показывает, что для оживления вектора нужно привлекать элементы других представлений информации.
4. Измерять в прямом значении этого слова нельзя. Можно прочитать координаты вершины перевычислить их в другую систему, можно вычислить координаты некоторой промежуточной точки на линии, пользуясь некоторым алгоритмом.
Это набор символов, букв, в растровом или векторном их представлении, т.е. поясняющие подписи.
Растр - картинка, иконка. Вектор - программка (макрос).
1) текст (буквы, цифры, иконки), его ориентировка и полоса размещения, его шрифт, его привязка к объекту (точка, координаты), его привязка к масштабу отображения (увеличить).
Сжатие изображений - это применение алгоритмов сжатия данных к изображениям, которые хранятся в цифровом виде. Как мы знаем - в результате сжатия уменьшается и размер изображения, из-за чего уменьшается время передачи изображения по сети, а так же, происходит экономия пространства для его хранения.
Кстати, хочу Вас осведомить, что сжатие изображений подразделяют на:
- сжатие с потерями качества,
- сжатие без потерь.
Сжатие без потерь обычно предпочтительней для изображений, которые построены искусственно, то есть - это графики, иконки программ, либо для специальных случаев, например, если эти изображения предназначены для последующей обработки алгоритмами распознавания изображений.
Алгоритмы сжатия с потерями (при увеличении степени сжатия), как правило, порождают очень хорошо замеченные человеческому глазу, так называемые, артефакты.
Итак, вернемся к алгоритмам. Как мы уже говорили , существует всего два алгоритма. Первый - это сжатие без потерь:
- RLE - этот алгоритм используется для таких форматов, как PCX (в качестве основного метода), TIFF, BMP, TGA (в качестве одного из доступных).
- LZW - используется в таком формате, как GIF
- LZ-Huffman -используется в формате PNG
Второй алгоритм - сжатие с потерями:
- Самый популярный формат изображения, где используется сжатие с потерями - JPEG
- На мобильных платформах, кстати, применяется перевод изображения в палитровый формат (в компьютерной графике палитра - это ограниченный выбор цветов, позволяющее отобразить графическую систему компьютера)
- Алгоритм фрактального сжатия
- DXTC - это компрессия всяких текстур, которая реализована в графическом API DirectX и, которая поддерживается на аппаратном уровне, благодаря современным видеокартам.
- Сжатие изображения на базе дифференциального анализа.
Рис.6 Графические форматы
Должна упомянуть еще пару алгоритмов - это:
- TIFF поддерживает большой диапазон изменения глубины цвета, разные цветовые пространства, а так же разные настройки сжатия (и с потерями, и без).
- Raw хранит информацию, получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата или аналогического устройства без применения каких-либо преобразований. Еще Raw хранит настройки фотокамеры. Кстати, довольно таки полезная вещь, ибо Raw позволяет избежать потери всей информации при применении к изображению любых преобразований. Используется при съемке в сложных условиях, таких как:
- невозможность выставить баланс белого и многое другое.
Хорошо, что почти все профессиональные и полупрофессиональные фотоаппараты позволяют сохранять в RAW изображения. Формат файла зависит от модели фотоаппарата, единого стандарта не существует. 18
Растровое изображение -- это изображение, которое представляет собой сеть пикселей или цветных точек (обычно прямоугольную) на мониторе, бумаге и других отображающих устройствах и материалах.
Если при редактировании векторной графики мы редактируем линии, но при редактировании растровой графики мы редактируем пиксели. К тому же, растровая графика зависит от разрешения, ибо информация, которая описывает изображение, прикреплена к сетке именно определенного размера. Качество представления растровой картинки может измениться (при редактировании, конечно же). Если вы попытаетесь изменить размер растровой графики, то это может привести к, так называемому, «разлохмачиванию» краев изображения, то есть, пиксели будут перераспределяться на сетке. Выводя растровую графику на устройство, которое поддерживает более низкое разрешение, чем разрешение самого изображения, привет к значительным ухудшениям его качества.
Основа растрового представления - это пиксель с указанием его цвета. Например, чтобы описать синий эллипс на белом фоне, то придется указать цвет каждой точка, как эллипса, так и самого фона. Изображение - это большое количество точек и, чем их больше, тем качественнее выглядит изображение и, следовательно, больше размер файла. Из этого можно сделать вывод:
Одна и та же картинка может быть представлена с лучшим, а так же с худшим качеством в соответствии точек на единицу длины - разрешением. Обычно, это такие разрешения, как:
- dpi - точек на дюйм,
- ppi - пиксели на дюйм.
Более того, качество зависит еще и от количества цветов и оттенков, которые может принимать любая точка изображения.
Чем большим количеством оттенков характеризуется изображение, тем большее количество разрядов требуется для их описания.
То есть, синий цвет может быть цветом номер 003, а может быть и - 0000000003. Следовательно, чем качественнее изображение, тем больший размер имеет файл.
Кстати, хочу заметить, что растровое представление используется для изображения фотографического типа, где существует огромное количество деталей и оттенков. Но, советую запомнить, что масштабирование таких картинок в любую сторону ухудшает качество. Если Вы собрались уменьшить количество точек, то будьте готовы, что потеряются мелкие детали и произойдет деформация надписи. Хотя, это может быть не так заметно, если Вы уменьшите визуальный размер - то есть, Вы сохраните разрешение. И вот еще, на что стоит обратить внимание при редактировании - добавление пикселей приведет к ухудшению резкости, а следом и яркости изображения, ибо новым точкам приходится давать оттенки, которые будут средние между двумя и более граничащими цветами.
векторный растровый графика изображение
Сжатие изображений - это применение алгоритмов сжатия данных к изображениям, которые хранятся в цифровом виде. Как мы знаем - в результате сжатия уменьшается и размер изображения, из-за чего уменьшается время передачи изображения по сети, а так же, происходит экономия пространства для его хранения.
Кстати, хочу Вас осведомить, что сжатие изображений подразделяют на:
- сжатие с потерями качества,
- сжатие без потерь.
Сжатие без потерь обычно предпочтительней для изображений, которые построены искусственно, то есть - это графики, иконки программ, либо для специальных случаев, например, если эти изображения предназначены для последующей обработки алгоритмами распознавания изображений.
Алгоритмы сжатия с потерями (при увеличении степени сжатия), как правило, порождают очень хорошо замеченные человеческому глазу, так называемые, артефакты.
Итак, вернемся к алгоритмам. Как мы уже говорили , существует всего два алгоритма. Первый - это сжатие без потерь:
- RLE - этот алгоритм используется для таких форматов, как PCX (в качестве основного метода), TIFF, BMP, TGA (в качестве одного из доступных).
- LZW - используется в таком формате, как GIF
- LZ-Huffman -используется в формате PNG
Второй алгоритм - сжатие с потерями:
- Самый популярный формат изображения, где используется сжатие с потерями - JPEG
- На мобильных платформах, кстати, применяется перевод изображения в палитровый формат (в компьютерной графике палитра - это ограниченный выбор цветов, позволяющее отобразить графическую систему компьютера)
- Алгоритм фрактального сжатия
- DXTC - это компрессия всяких текстур, которая реализована в графическом API DirectX и, которая поддерживается на аппаратном уровне, благодаря современным видеокартам.
- Сжатие изображения на базе дифференциального анализа.
Рис.6 Графические форматы
Должна упомянуть еще пару алгоритмов - это:
- TIFF поддерживает большой диапазон изменения глубины цвета, разные цветовые пространства, а так же разные настройки сжатия (и с потерями, и без).
- Raw хранит информацию, получаемую с матрицы цифрового фотоаппарата или аналогического устройства без применения каких-либо преобразований. Еще Raw хранит настройки фотокамеры. Кстати, довольно таки полезная вещь, ибо Raw позволяет избежать потери всей информации при применении к изображению любых преобразований. Используется при съемке в сложных условиях, таких как:
- невозможность выставить баланс белого и многое другое.
Хорошо, что почти все профессиональные и полупрофессиональные фотоаппараты позволяют сохранять в RAW изображения. Формат файла зависит от модели фотоаппарата, единого стандарта не существует. 18
В чем же различие между растровой и векторной графикой?
Для того, чтобы уяснить разницу между растровой и векторной графикой приведем простой пример. Ну, предположим, что Вы решили отсканировать Вашу фотографию размером 10х15 см чтобы затем обработать и распечатать на цветном принтере. Для получения приемлемого качества печати необходимо разрешение не менее 300 dpi. Считаем:
10 см = 3,9 дюйма; 15 см = 5,9 дюймов.
По вертикали: 3,9 * 300 = 1170 точек.
По горизонтали: 5,9 * 300 = 1770 точек.
Итак, число пикселей растровой матрицы 1170 * 1770 = 2 070 900.
Теперь решим, сколько цветов мы хотим использовать. Для черно-белого изображения используют обычно 256 градаций серого цвета для каждого пикселя, или 1 байт. Получаем, что для хранения нашего изображения надо 2 070 900 байт или 1,97 Мб.
Для получения качественного цветного изображения надо не менее 256 оттенков для каждого базового цвета. В модели RGB соответственно их три: красный, зеленый и синий. Получаем общее количество байт - три на каждый пиксель. Соответственно, размер хранимого изображения возрастает в три раза и составляет 5,92 Мб.
Для создания макета для полиграфии фотографии сканируют с разрешением 600 dpi, следовательно, размер файла вырастает вообще вчетверо.
С другой стороны, если изображение состоит из простых объектов, то для его хранения в векторном виде необходимо не более нескольких килобайт.
Формат графического файла - способ представления и расположения графических данных на внешнем носителе.
Форматы компьютерной графики можно разделить на три типа: растровые, векторные и трехмерные (используются для 3D-графики). Наибольшее распространение получили растровые форматы, именно с их использованием сохраняются различные фотографии, а также другие графические изображения, которые можно увидеть, например, на web-сайтах.
Схема классификации форматов графических файлов приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Классификация графических форматов
II. Сфера применения форматов, особенности, преимущества и недостатки
Сфера применения форматов растровой графики, особенности, преимущества и недостатки.
Форматы графических файлов:
1. BMP (Bit Map Image) – универсальный формат растровых графических файлов, используется в операционной системе Windows.
2. GIF (CompuServe Graphics Interchange Format) — независящий от аппаратного обеспечения формат GIF был разработан в 1987 году (GIF 87a) фирмой CompuServe для передачи растровых изображений по сетям. В 1989-м формат был модифицирован (GIF89a), были добавлены поддержка прозрачности и анимации.
3. JPEG (Joint Photographic Experts Group) . Строго говоря, JPEG – это не формат, а алгоритм сжатия, основанный на разнице между пикселями. Кодирование данных проходит несколько этапов.
4. PNG (Portable Network Graphics) – формат разработан для Сети с целью заменить формат GIF. Использует сжатие без потерь. Сжатые индексированные файлы PNG, как правило, меньше аналогичных GIF’ов.
5. TIFF (Tagged Image File Format) . Аппаратно независимый формат TIFF, является одним из самых распространенных и надежных, его поддерживают практически все программы на ПК и Macintosh так или иначе связанные с графикой.
6. PCX. Открывать или импортировать файлы PCX могут почти все графические приложения для персональных компьютеров. Цветовые возможности: 1, 2, 4, 8 или 24- битовый цвет, никаких оттенков серого.
Применятся для ретуширования, реставрирования фотографий, фотомонтаж, сканирование изображений.
Достоинства: Простота алгоритма оцифровки. Возможность оцифровывать изображения любой сложности (картины, фотографии и т.д.). Большое количество графических редакторов.
Недостатки: Чувствительность к масштабироанию: при увеличении – эффект пикселизации, при уменьшении – могут исчезнуть детали. Большой объем конечного файла, поэтому необходимы алгоритмы сжатия графических файлов.
Сфера применения векторной графики, особенности, преимущества и недостатки.
Изображение представляет собой набор геометрических примитивов (точек, прямых линий, окружностей, прямоугольников и т.д.)
Способ формирования изображения Компьютер хранит элементы изображения (линии, кривые, фигуры) в виде математических формул. При открытии файла программа прорисовывает элементы изображения по их математическим формулам (уравнениям).
В памяти ПК сохраняется 1. Математические формулы для геометрических примитивов. 2. Цвет, толщина и тип линий, с помощью которых прорисованы примитивы. 3. Способ заливки замкнутых контуров. 4. Порядок отображения объектов.
Достоинство: Векторное изображение масштабируется без потери качества: масштабирование изображения происходит при помощи математических операций: параметры примитивов просто умножаются на коэффициент масштабирования.
Достоинства векторной графики: минимальный объем файла, полная свобода трансформаций; аппаратная независимость; oбъектно-ориентированный характер векторной графики.
Недостатки векторной графики: отсутствие аппаратной реализуемости; программная зависимость; жесткость векторной графики.
Применение векторной графики: создание вывесок, этикеток, логотипов, эмблем и пр. символьных изображений, построения чертежей, диаграмм, графиков, схем, создание изображений с четкими контурами.
Форматы графических файлов:
1. CDR (CorelDRAW Document) - формат файлов, созданных при помощи графического редактора CorelDraw. Многие программы на ПК могут импортировать файлы CDR.
2. SWF - анимированные и способные выполнять сложные программы векторные изображения.
3. WMF. Формат Windows. Служит для передачи векторов через буфер обмена. Понимается практически всеми программами Windows, так или иначе связанными с векторной графикой. WMF искажает цвет, не может сохранять ряд параметров, которые могут быть присвоены объектам в различных векторных редакторах.
4. AI (Adobe Illustrator Document). Может содержать в одном файле только одну страницу, имеет маленькое рабочее поле. AI отличается наибольшей стабильностью. AI поддерживают почти все программы так или иначе связанные с векторной графикой. Этот формат является наилучшим посредником при передаче векторов из одной программы в другую.
5. FH8 (FreeHand Document , последняя цифра в расширении указывает на версию программы). Формат понимает только сама программа FreeHand. Поддерживает многостраничность.
Сфера применения трехмерной графики, особенности, преимущества и недостатки.
3D-графика предназначена для имитации фотографирования или видеосъемки трехмерных образов объектов, которые должны быть предварительно подготовлены в памяти компьютера.
Области применения трехмерной графики
1. Компьютерное проектирование . К области автоматизированного проектирования относятся применения SD-графики в целях синтеза внешнего вида сложных отливок, деталей, изготовляемых методами штамповки, токарных и фрезерных операций, визуального облика проектируемых автомобилей, катеров, самолетов и т. п.
2. Компьютерные игры. Это одна из наиболее широких областей применения 3D-графики. По мере совершенствования программных средств моделирования трехмерной графики, роста производительности и увеличения ресурсов памяти компьютеров виртуальные трехмерные миры, в которых действуют персонажи компьютерных игр, становятся все более сложными и похожими на реальную действительность.
3. Комбинированная съемка . Трехмерная графика помогает там, где выполнение реальной фотосъемки невозможно, затруднительно или требует значительных материальных затрат, а также позволяет синтезировать изображения событий, которые не встречаются в обыденной жизни.
4. Компьютерная мультипликация . Областями использования 3D-графики для создания компьютерной мультипликации являются телевизионная реклама, киносъемка с включением анимационных эффектов, подготовка видеороликов на научно-популярные или фантастические сюжеты, создание видеотренажеров для обучения пилотов или автоводителей и т. п.
Достоинства трехмерной графики
- Широкая сфера применения
- Свобода трансформации объектов
Недостатки трехмерной графики
- повышенные требования к аппаратной части компьютера, в частности к объему оперативной памяти, наличию свободного места на жестком диске и быстродействию процессора;
- необходимость большой подготовительной работы по созданию моделей всех объектов сцены, которые могут попасть в поле зрения камеры, и по присвоению им материалов;
- необходимость контролировать взаимные положения объектов в составе сцены, особенно при выполнении анимации;
- необходимость принятия дополнительных мер, обычно применяемых на этапе вторичной обработки синтезированных изображений, чтобы «испортить» картинку, придав ей более правдоподобный вид. В связи с этим в состав программ трехмерной графики входит целый ряд фильтров, позволяющих имитировать такие эффекты как конечная глубина резкости изображений или смазывание, вызванное движением объектов в момент съемки.
Сфера применения фрактальной графики, особенности, преимущества и недостатки.
Фрактальная графика является на сегодняшний день одним из самых быстро развивающихся перспективных видов компьютерной графики.
Фракталом называется структура, состоящая из частей, которые в каком-то смысле подобны целому. Одним из основных свойств фракталов является самоподобие. Объект называют самоподобным, когда увеличенные части объекта походят на сам объект и друг на друга. Перефразируя это определение, можно сказать, что в простейшем случае небольшая часть фрактала содержит информацию обо всем фрактале.
Создатель фракталов — это художник, скульптор, фотограф, изобретатель и ученый в одном лице. Вы сами задаете форму рисунка математической формулой, исследуете сходимость процесса, варьируя его параметры, выбираете вид изображения и палитру цветов, то есть творите рисунок «с нуля». В этом одно из отличий фрактальных графических редакторов (и в частности — Painter) от прочих графических программ.
Применение фрактальной графики можно назвать фактически повсеместным. Более того, эта область постоянно расширяется. На данный момент можно отметить следующие области: Компьютерная графика. Реалистично изображаются рельефы и природные объекты. Это применяется в создании компьютерных игр. Анализ фондовых рынков. Фракталы здесь используются для того, чтобы отметить повторения, которые впоследствии сыграют трейдерам на руку. Естественные науки. В физике с помощью фрактальной графики моделируются нелинейные процессы. В биологии она описывает строение кровеносной системы. Сжатие изображений, чтобы уменьшить объем информации. Создание децентрализованной сети. Посредством фракталов удается обеспечить прямое подключение, а не через центральное регулирование. Поэтому сеть становится более устойчивой. На данный момент практикуется применение фракталов в производстве различного оборудования. Например, уже запущен конвейер по созданию антенн, отлично принимающих сигналы.
Достоинства фрактальной графики заключаются в нескольких факторах: Небольшой размер при масштабном рисунке. Нет конца масштабированию, сложность картинки можно увеличивать бесконечно. Нет другого такого же инструмента, который позволит создавать сложные фигуры. Реалистичность. Простота в создании работ.
III. Алгоритмы сжатия графических файлов: особенности, принцип сжатия, преимущества и недостатки
Как правило, все методы сжатия графических изображений разделяют на две категории: архивацию и компрессию.
Под архивацией понимают сжатие информации с возможностью ее дальнейшего восстановления.
Компрессия же означает потерю некоторого количества информации об изображении, что естественно приводит к ухудшению качества, но уменьшает объем сохраненных данных.
Архивировать можно как растровую, так и векторную графику. Принцип архивации состоит в том, что программа анализирует наличие в сжимаемых данных одинаковых последовательностей и исключает их, записывая вместо повторяющегося фрагмента ссылку на предыдущий и аналогичный ему для того, чтобы была возможность восстановления. Хорошим примером графического объекта с большим количеством одинаковых последовательностей может стать фотография или рисунок с голубым небом в изображении или со сплошной однотонной заливкой. При таком подходе можно восстанавливать нужную информацию без потерь.
Компрессия же не гарантирует полного восстановления исходных данных, поэтому ее основная задача - не «убить» что-нибудь очень ценное в погоне за уменьшением объема. Обычно информация, подвергнутая компрессии, занимает значительно меньше объема, чем сохраненная методами архивации. Регулирование степени сжатия дает право на выбор: размер выходного файла или сохранение его качества.
Алгоритмы сжатия данных, которые не вносят изменений в исходные файлы и гарантируют полное восстановление данных.
1. RLE . При этом методе кодирования изображение вытягивается в цепочку байт по строкам растра. Сжатие происходит за счёт того, что в исходном изображении встречаются цепочки одинаковых байт, они заменяются на пары: счетчик повторений и значение, что позволяет уменьшить изображение. RLE — используется в форматах PCX — в качестве основного метода и в форматах BMP, TGA, TIFF в качестве одного из доступных.
2. LZW (Lempel, Ziv, Welch). Сжатие по этому алгоритму осуществляется за счет одинаковых цепочек байт. В изображении ищутся повторяющиеся цепочки, делаются ссылки на ранее встречавшиеся. Метод LZW используется, например, при создании файлов формата GIF.
3. Deflate — это алгоритм сжатия без потерь, который использует комбинацию алгоритма LZ77 и алгоритма Хаффмана. LZ-Huffman — использует в формате PNG.
Наиболее популярным примером формата изображения, где используется сжатие с потерями является JPEG.
Принцип работы основан на особенностях восприятия человеческим глазом различных цветов и достаточно сложен с вычислительной точки зрения, так как занимает много процессорного времени. Кодирует файлы в несколько этапов. Во-первых, изображение условно разбивается на несколько цветовых каналов для дальнейшего анализа. Затем картинка разбивается на группы по 64 пиксела в каждой группе (она же - квадратный участок изображения размером 8х8 пикселей) для последующей обработки. Затем цвет пикселей специальным образом кодируется, исключаются дублирующая и избыточная информация, причем при описании цвета больше внимания уделяется скорее яркостной, чем цветовой составляющей, так как человеческий глаз воспринимает изменения яркости лучше, чем изменения конкретного цветового тона. Полученные данные сжимаются по RLE или LZW-алгоритму для достижения еще большей компрессии. В результате на выходе получаем файл иногда в десятки раз меньший, чем его неконвертированный аналог.
IV . Основные типы печатающих устройств
Печатающие устройства – это все виды оборудования, разработанные для нанесения текста и графических изображений (как чёрно-белых, так и цветных) на бумаге любого размера и толщины, а также рулонах, этикетках, плакатах и т.д.
К печатающим устройствам относятся:
- все виды принтеров
- факсимильные аппараты (на основе лазерной и струйной печати)
- копировальные аппараты (или ксероксы, копиры)
- многофункциональные устройства (МФУ)
Принтеры по технологии печати разделяют на матричные, струйные, лазерные, светодиодные, сублимационные и твердочернильные, а по цвету печати – монохромные и полноцветные.
У каждого типа принтеров есть свои недостатки и преимущества. Они разделяются по цене самих аппаратов, по тому, какие для них требуют расходные материалы, по качеству и скорости печати, сложности обслуживания и ремонта принтеров.
Плоттеры (графопостроители) предназначены для автоматического вычерчивания сложных рисунков, схем, карт и т.д. на бумаге формата А0.
В последнее время все большую популярность набирают так называемые МФУ – устройства, совмещающие в себе сканер, копир и принтер. Они применяются как в домашних условиях и тогда имеют размеры, не отличающиеся от размеров обычного принтера, так и в офисах.
Контрольные вопросы:
1. Перечислите основные графические форматы, используемые в Интернет.
2. Назовите достоинства и недостатки этих форматов.
3. Где лучше использовать каждый из форматов и почему?
4. Какой из форматов, GIF или JPEG, обеспечивает наименьшие потери качества изображения?
5. Какими бывают изображения?
6. Что такое пространственное разрешение?
7. От чего зависит качество изображения?
8. С помощью чего хранятся растровые изображения?
9. Что такое графический редактор?
10. Какие растровые графические редакторы вы знаете?
11. Какие векторные графические редакторы вы знаете?
12. Какие форматы графических изображений вы знаете?
13. В чем состоит принцип растровой графики?
14. Почему растровая графика эффективно представляет изображения фотографического качества?
15. Почему для хранения растровых изображений требуется большой объем памяти? Почему растровое изображение искажается при масштабировании?
16. Почему векторные изображения могут быть легко масштабированы без потери качества?
17. Почему векторная графика не позволяет получать изображения фотографического качества?
Читайте также: